NANO LETTERS/ E. GOLIAS ET AL.
MADRID, 16 Oct. (EUROPA PRESS) -
Muestras de fósforo azul han sido examinadas por primera vez y se ha mapeado su estructura de banda electrónica. Esta variación exótica del fósforo puede aprovecharse en dispositivos optoelectrónicos.
El fósforo existe en varios alótropos y cambia sus propiedades con cada nueva forma. Hasta el momento, se han reportado fósforo rojo, violeta, blanco y negro. Si bien algunos compuestos de fósforo son esenciales para la vida, el fósforo blanco es venenoso e inflamable.
Ahora, otro alótropo ha sido identificado. En 2014, un equipo de la Universidad Estatal de Michigan realizó cálculos de modelo para predecir que el fósforo azul también debería ser estable. De esta forma, los átomos de fósforo se organizan en una estructura de panal similar al grafeno.
Sin embargo, la estructura no es completamente plana sino que se dobla regularmente. Los cálculos del modelo mostraron que el fósforo azul no es un semiconductor de espacio estrecho como el fósforo negro en masa, sino que posee las propiedades de un semiconductor con una banda bastante grande de dos electronvoltios. Esta gran brecha, que es siete veces más grande que la del fósforo negro a granel, es importante para las aplicaciones optoelectrónicas.
En 2016, el fósforo azul se estabilizó con éxito en un sustrato de oro por evaporación. Sin embargo, solo recientemente se ha informado que el material resultante es de hecho fósforo azul. Con este fin, un equipo del Helmholtz Association of German Research Centres (HZB) liderado por Evangelos Golias probó la estructura de la banda electrónica del material en la fuente de radiación sincrotrón BESSY II. Pudieron medir mediante espectroscopia fotoelectrónica de resolución de ángulo la distribución de electrones en su banda de valencia, estableciendo el límite inferior para el intervalo de banda del fósforo azul. Los resultados se publican en Nano Letters.
Encontraron que los átomos de fósforo no se organizan independientemente del sustrato de oro, sino que intentan ajustarse a la separación de los átomos de oro. Esto distorsiona la red de panal corrugada de una manera regular, que a su vez afecta el comportamiento de los electrones en el fósforo azul. Como resultado, la parte superior de la banda de valencia que define el extremo de la brecha de banda semiconductora concuerda con las predicciones teóricas sobre su posición de energía, pero está un tanto desplazada.
"Hasta ahora, los investigadores han utilizado principalmente fósforo negro a granel para exfoliar capas atómicamente delgadas", dice el profesor Oliver Rader, jefe del Departamento de Materiales de HZB para espintrónica verde.
"Estos también muestran una gran brecha de banda semiconductora, pero no poseen la estructura de panal de fósforo azul y, sobre todo, no se pueden cultivar directamente sobre un sustrato. Nuestro trabajo no solo revela todas las propiedades materiales de este novedoso alótropo de fósforo bidimensional, pero destaca el impacto del sustrato de soporte en el comportamiento de los electrones en el fósforo azul, un parámetro esencial para cualquier aplicación optoelectrónica", explica.
